[發明專利]一種具有pH敏感聚醚砜中空纖維智能膜及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 200910058200.1
• 申請日: 2009-01-21
• 公開（公告）號: CN101497004A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 趙長生;錢伯斯;方寶紅;凌琪瑤;謝佳良;張小華
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B01D71/68
• 分類號: B01D71/68;B01D69/08
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司
• 代理人: 鄧繼軒

技術領域

本發明涉及一種具有pH敏感性的聚醚砜中空纖維膜及其制備方法和用途，屬特種功能高分子材料領域。

背景技術

聚醚砜(Polyethersulfone，簡稱PES)是英國ICI公司于1972年首先開發成功并商品化的一種特種工程塑料，其牌號為“Victrex?PES”。PES特種工程塑料，由于其玻璃化溫度高，物化穩定性好，是一種優異的工程用特種高分子材料，但制作成具有pH敏感性的智能中空纖維膜，并應用于氨基酸的分離，國內外至今尚無研究報道和產品問世。

氨基酸的分離純化方法主要有：沉淀法、離子交換法、萃取法和膜分離法等幾種。膜分離法近年來得到廣泛關注。膜過濾法實現混合溶液的分離是因為在膜和溶液的界面處存在以下機理：由于親水性等原因所引起的選擇性透過；分子體積大小的篩分效應；帶電分子與荷電膜之間的電荷效應(Donnan效應)。具有高選擇性的納濾膜分離技術對分離分子量相近，性質相似，電性不同的氨基有一定的優勢，但是在分離過程中由于濃差極化現象及氨基酸與膜的疏水或靜電吸附作用，膜在使用一段時間后常出現傳質阻力升高，膜通量下降，截留率、操作壓力升高等現象。

在膜分離過程中，主要使用的有平板膜和中空纖維膜。由于中空纖維膜具有有效面積大，膜組件體積小，分離效率高，容易實現工業化的優點，具有更廣闊的應用前景。然而簡單利用中空纖維膜，還主要是對氨基酸的濃縮，對氨基酸的有效分離還比較困難，原因是(1)氨基酸分子量小，常規的超濾膜無法實現，只能使用納濾膜，然而納濾膜所使用的壓力隨比反滲透小，但能耗也比較大；(2)氨基酸分子量差異小，利用簡單的篩分也難實現。

本發明的思路是利用具有pH敏感中空纖維超濾膜，改變溶液的pH值，達到有效和選擇性分離氨基酸的目的。借鑒pH值敏感水凝膠的原理，將具有pH值敏感的基團引入到中空纖維膜，pH值變化時，敏感基團的溶脹率發生變化，使中空纖維膜壁微孔大小發生變化，對氨基酸的截留發生變化，達到選擇和有效分離；另外，氨基酸有不同的電性和酸堿性，在不同的pH值，其溶解度有差異，所帶電荷不同，與膜的相互作用也不同，也會使膜對這些不同氨基酸的篩分有差異，從而實現選擇性分離。因此，本發明的pH敏感聚醚砜中空纖維智能膜，其pH值敏感來源于聚丙烯酸。由于聚丙烯酸無法與聚醚砜共混，且是水溶性的，故先合成丙烯酸與丙烯腈的共聚物，然后與聚醚砜共混制備具有pH值敏感的中空纖維膜。丙烯酸與丙烯腈的共聚物的研究國內外很多，但應用于制備pH敏感聚醚砜中空纖維智能膜，以及應用于選擇性分離氨基酸均未見報道。

國內有pH值敏感的聚偏氟乙烯中空纖維智能膜的專利(專利號：200410019993)，它由丙烯酸在聚偏氟乙烯膜表面上化學接枝共聚所得，包括了純水潤膜、堿處理膜、制造復合膜和化學交聯等多個步驟。楊虎等人采用自由基聚合反應制備了丙烯酸接枝改性的聚醚砜中空纖維滲透汽化膜(功能高分子學報，2005，第18卷01期)。馮翠平等人用紫外光接枝聚合方法將丙烯酸(AA)接枝到磺化聚醚砜(SPES)微孔膜上，得到具有pH敏感性的分離膜(華東理工大學學報(自然科學版)，2008年，第34卷02期)。這些方法均是采用化學接枝得到pH敏感膜，制備方法和工藝復雜，難以實現工業化。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種簡單實用的制備具有pH敏感性的聚醚砜中空纖維智能膜及其制備方法和用途。其特點是將合成丙烯腈-丙烯酸共聚物配制成溶液，然后與聚醚砜溶液共混配制紡絲原液，采用干噴-濕法紡絲技術紡制成中空纖維膜。它具有制備簡便，容易操作，智能型，能有效分離氨基酸的特點。

本發明的目的由以下技術方案實現：其中所述原料份數除特殊說明外，均為重量份數。

具有pH敏感聚醚砜中空纖維智能膜的原料配方組分為：

聚醚砜????????????????????????????10～28份

丙烯腈-丙烯酸共聚物溶液???????????0.2～0.6份

溶劑??????????????????????????????70～85份

添加劑????????????????????????????1.5～6份

其中聚醚砜分子量為20000～60000。

溶劑為N-甲基-吡咯烷酮，二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺，或二甲基亞砜中的任一種。

添加劑為聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮或丙二醇中的任一種。

具有pH敏感聚醚砜中空纖維智能膜的制備方法：

1.丙烯腈-丙烯酸共聚物的合成